高中物理 第一章 運(yùn)動(dòng)的描述 1.4 實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度學(xué)案

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第4節(jié)實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法2學(xué)會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量物體的速度3能利用vt圖象分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描述物體的運(yùn)動(dòng)。二、實(shí)驗(yàn)原理1兩種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的比較電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電火花計(jì)時(shí)器結(jié)構(gòu)示意圖打點(diǎn)原理電磁作用下振針上下周期性振動(dòng)打點(diǎn)脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸放電打點(diǎn)工作電壓6 v以下交流電源220 v交流電源打點(diǎn)周期0.02 s0.02 s阻力來(lái)源紙帶與限位孔、復(fù)寫紙的摩擦，紙帶與振針的摩擦紙帶與限位孔、墨粉紙盤的摩擦，比前者小功能功能相同，都是計(jì)時(shí)儀器2測(cè)平均速度、瞬時(shí)速度的原理用跟運(yùn)動(dòng)物體連在一起的紙帶上打出的點(diǎn)記錄物體

2、的位置，用刻度尺測(cè)出兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移x。打兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為t，則，當(dāng)t很短時(shí)，認(rèn)為為t時(shí)刻的瞬時(shí)速度。三、實(shí)驗(yàn)器材電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)、學(xué)生電源(電火花計(jì)時(shí)器使用220 v交流電源）、刻度尺、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙等.四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1實(shí)驗(yàn)步驟(1）把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，紙帶穿過(guò)限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上,并且壓在紙帶上面。（2)把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩上接線柱接到6 v的低壓交流電源上.(3）接通電源開(kāi)關(guān)，用手水平拉動(dòng)紙帶，使它在水平方向上運(yùn)動(dòng)，紙帶上就打下一系列點(diǎn).隨后關(guān)閉電源.（4)重復(fù)步驟（2）、（3）,獲得35條紙帶。（5）選擇一條點(diǎn)跡清晰便于分析的紙帶，往后數(shù)

3、n個(gè)點(diǎn)，n個(gè)點(diǎn)之間的間隔數(shù)為(n1）,紙帶從打第1個(gè)點(diǎn)到打第n個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t0。02（n1） s.（6）用刻度尺測(cè)量出第1個(gè)點(diǎn)到第n個(gè)點(diǎn)間的距離x。2數(shù)據(jù)處理(1）計(jì)算紙帶的平均速度：從打第1個(gè)點(diǎn)到打第n個(gè)點(diǎn),紙帶的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t0。02（n1)s，紙帶的位移為x，紙帶的平均速度v。把測(cè)量和計(jì)算的結(jié)果填入表中。記錄項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)次數(shù)點(diǎn)數(shù)n點(diǎn)劃分出的間隔數(shù)n1運(yùn)動(dòng)時(shí)間t/s位移x/m平均速度v/(ms1)12（2）用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度選取一條點(diǎn)跡清晰便于分析的紙帶.從能夠看清的某個(gè)點(diǎn)開(kāi)始，每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t50。02 s0.1 s。在紙帶上用o、a、b、c、d標(biāo)出這

4、些“計(jì)數(shù)點(diǎn)”，如圖所示。用刻度尺依次測(cè)出oa、ob、oc、od的距離是s1、s2、s3、s4，再利用x1s1、x2s2s1、x3s3s2確定出oa、ab、bc、cd之間的距離x1、x2、x3、x4a、b、c、d各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別為va、vb、vc、vd(3）用vt圖象描述物體的速度以速度v為縱軸，時(shí)間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系.根據(jù)不同時(shí)刻的瞬時(shí)速度值，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。用平滑曲線把這些點(diǎn)連接起來(lái)，即得到vt圖象。五、誤差分析1利用平均速度來(lái)代替計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度自身帶來(lái)系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計(jì)數(shù)點(diǎn)為中心的較小位移x來(lái)求平均速度。2測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的位移x帶來(lái)誤差.減小此誤差的方法是一次測(cè)量完成,即

5、一次測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到起始計(jì)數(shù)點(diǎn)o的距離，再分別計(jì)算出各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。3計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間t搞錯(cuò)。幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t（n1)0.02 s。而非tn0。02 s。4作vt圖象不用坐標(biāo)紙、尺子，坐標(biāo)單位選定的不合理，作圖粗糙帶來(lái)誤差.六、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定好，以免拉動(dòng)紙帶時(shí)晃動(dòng),并要先輕輕試?yán)垘?，?yīng)無(wú)明顯的阻滯現(xiàn)象。2使用計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再拉動(dòng)紙帶。3手拉動(dòng)紙帶時(shí)速度應(yīng)快一些,以防點(diǎn)跡太密集。4使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，應(yīng)讓紙帶穿過(guò)限位孔，壓在復(fù)寫紙下面.5使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),如打

6、出點(diǎn)較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度.6打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不能連續(xù)工作太長(zhǎng)時(shí)間,打點(diǎn)之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。要點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作例1 (2017徐州高一檢測(cè)）用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可測(cè)紙帶運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移。下面是沒(méi)有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶?shí)驗(yàn)步驟，按照你對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容，然后按實(shí)際操作的合理順序,將各步驟的字母代號(hào)按順序?qū)懺诳瞻滋?。a在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線,導(dǎo)線的另一端分別接在低壓_（選填“交流”或“直流”）電源的兩個(gè)接線柱上。b把電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，讓紙帶穿過(guò)_，并壓在_下面.c用刻度尺測(cè)量從計(jì)時(shí)開(kāi)始點(diǎn)到最后一個(gè)點(diǎn)間的距離x.d切斷電源,取下紙帶，如果

7、共有n個(gè)清晰的點(diǎn)，則這段紙帶記錄的時(shí)間t_.e打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，再用手水平地拉動(dòng)紙帶，紙帶上打下一系列小點(diǎn)。f利用公式v計(jì)算紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度。實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是_.解析a項(xiàng)中電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交流電源；b項(xiàng)中應(yīng)將紙帶穿過(guò)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，并放于復(fù)寫紙的下方；d項(xiàng)中紙帶上記錄的時(shí)間t（n1）0.02 s。合理的實(shí)驗(yàn)步驟為baedcf。答案交流限位孔復(fù)寫紙（n1)0.02 sbaedcf要點(diǎn)二紙帶的處理例2 （2016吉林一中期中)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率為50 hz,某次實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶，用毫米刻度尺進(jìn)行測(cè)量，如圖1所示，則紙帶在a、c間的平均速度為_(kāi) m/s，在a、d間的平均

8、速度為_(kāi) m/s，b點(diǎn)的瞬時(shí)速度更接近于_ m/s。圖1思路指導(dǎo)解答本題可按照下列思路進(jìn)行：ac解析a、c間的位移xac1。40 cm，a、c間的時(shí)間間隔tac0。04 s，所以a、c間的平均速度vac0.35 m/s。a、d間的位移xad2。50 cm，a、d間的時(shí)間間隔tad0.06 s，所以a、d間的平均速度vad0.42 m/s。a、c兩點(diǎn)比a、d兩點(diǎn)更接近b點(diǎn)，所以b點(diǎn)的瞬時(shí)速度更接近于a、c間的平均速度0。35 m/s.答案0.350.420。35用近似代替瞬時(shí)速度的條件是t足夠小，因此利用它求某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度時(shí)，應(yīng)盡可能靠近該點(diǎn)取數(shù)據(jù)，這樣求出的數(shù)值才可能更接近該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。要

9、點(diǎn)三數(shù)據(jù)的處理、vt圖象例3 如圖2所示是用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的一條紙帶的一部分，從0點(diǎn)開(kāi)始依照打點(diǎn)的先后依次標(biāo)為0、1、2、3、4、5、6現(xiàn)在量得0、1間的距離x15。18 cm，1、2間的距離x24。40 cm,2、3間的距離x33.62 cm，3、4間的距離x42.78 cm，4、5間的距離x52.00 cm,5、6間的距離x61.22 cm(頻率為50 hz）。圖2(1)根據(jù)上面記錄，計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打1、2、3、4、5點(diǎn)時(shí)的速度(保留兩位小數(shù))并填在下表中.位置12345v/(ms1）(2)根據(jù)（1)中表格,在圖3中畫出小車的速度圖象。圖3解析(1）某點(diǎn)的瞬時(shí)速度可用以該

10、點(diǎn)為中間時(shí)刻的一段時(shí)間內(nèi)的平均速度表示打1點(diǎn)時(shí):v11。20 m/s,打2點(diǎn)時(shí)：v21.00 m/s，打3點(diǎn)時(shí)：v30.80 m/s，打4點(diǎn)時(shí)：v40。60 m/s，打5點(diǎn)時(shí)：v50.40 m/s,將數(shù)值填入表格中位置12345v/(ms1)1.201。000.800.600.40（2）描點(diǎn)并連線得小車的速度時(shí)間圖象。答案見(jiàn)解析1（2017武漢高一檢測(cè)）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的計(jì)時(shí)儀器,根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，不經(jīng)計(jì)算，通過(guò)測(cè)量可以從紙帶上直接得到的物理量是（)a時(shí)間間隔b位移c平均速度d瞬時(shí)速度解析時(shí)間間隔通過(guò)數(shù)紙帶上所打點(diǎn)的個(gè)數(shù)經(jīng)過(guò)計(jì)算得出。位移可以通過(guò)測(cè)量紙帶上所打點(diǎn)之間的距

11、離得出。而平均速度或者瞬時(shí)速度都是依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算得出。故應(yīng)選b。答案b2（2017衡水高一檢測(cè)）關(guān)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的說(shuō)法正確的是（）a電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是6 v以下的直流電源b在測(cè)量物體速度時(shí)，先讓物體運(yùn)動(dòng)，后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源c使用的電源頻率越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔就越小d電源的電壓越高，打點(diǎn)的時(shí)間間隔就越小解析電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源，a錯(cuò)；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源，后讓物體運(yùn)動(dòng)，b錯(cuò)；打點(diǎn)的時(shí)間間隔t，f是電源頻率，與電源電壓的高低無(wú)關(guān)，所以c正確，d錯(cuò)誤。答案c3如圖4所示是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶。圖4（1）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50 hz,則紙帶

12、上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)。(2)a、b、c、d是紙帶上的四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出。從圖中讀出a、b兩點(diǎn)的間距x_ cm；c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是_ m/s(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。解析（1）由周期和頻率的關(guān)系t可知：周期為0.02 s。(2）a、b間距為0.630.67 cm之間,長(zhǎng)度測(cè)量注意不要丟掉估讀位，c點(diǎn)瞬時(shí)速度等于b、d間的平均速度，vc m/s0.100 m/s.答案(1）0.02 s(2)0.630.670.1004某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出a、b、c、d、e、f、g共7個(gè)測(cè)量點(diǎn)。其相鄰兩點(diǎn)間的距離如圖5所示，每?jī)蓚€(gè)相鄰的測(cè)量點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10 s。圖5（1）試根據(jù)紙帶上各個(gè)測(cè)量點(diǎn)間的距離，每隔0。10 s測(cè)一次速度,計(jì)算出打下b、c、d、e、f五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，并將各個(gè)速度值填入表中（要求保留三位有效數(shù)字)。瞬時(shí)速度vbvcvdvevf數(shù)值/（ms1）（2)以a點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，將b、c、d、e、f各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在如圖6所示的直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線.圖6解析(1）用包括某點(diǎn)在內(nèi)的一小段時(shí)間內(nèi)的平均速度近似代表該點(diǎn)的瞬時(shí)速度.